Диск галактики весь целиком вращается — наподобие тарелки. Вращение галактики было открыто в 1925 году нидерландским астрономом Яном Хендриком Оортом. Он же определил и положение ее центра, находящегося в направлении созвездия Стрельца. Расстояние до него составляет приблизительно 30 тыс. световых лет. Изучая относительное движение звезд, Оорт установил также, что Солнце движется и вокруг центра галактики по орбите. Современное значение его скорости — 250 км/с. А полный оборот вокруг центра совершается примерно за 2,2 × 108 (220 млн) лет.
Для того чтобы все это было именно так, центр галактики должен иметь исполинскую массу — порядка 100 млрд масс Солнца! В центре ядра галактики находится источник огромной энергии — в 100 млн солнц.
Почему же мы не видим ни спиральных рукавов, ни впечатляющего массивного ядра, когда смотрим на небо? Ответ довольно прост: потому что мы наблюдаем нашу галактику «изнутри», мы ведь находимся в ней, а не смотрим откуда-то со стороны. Да, Млечный Путь — наш дом.
А если все-таки отважиться и выйти на космический простор? Вселенная не исчерпывается галактикой Млечный Путь. Покинь мы ее пределы, перед нами открылось бы необъятное пустое пространство, непроницаемая чернота, лишенная сколько-нибудь заметных объектов. Только на расстоянии более 150 тыс. световых лет от нашего звездного острова мы бы обнаружили два клочковатых туманных образования неправильной формы — Большое и Малое Магеллановы облака. Они хорошо видны на небе южного полушария Земли в виде двух белесоватых пятен и выглядят как изолированные фрагменты Млечного Пути. Впервые их описал один из участников кругосветного плавания Фернана Магеллана. Прямого отношения к Млечному Пути они не имеют: это две самостоятельные небольшие галактики, довольно бедные звездами. Малое Магелланово облако лежит в 160 тыс. световых лет от нас, а Большое — еще дальше, почти в 200 тыс. световых лет. Хотя Магеллановы облака заметно уступают Млечному Пути в размерах, в них обнаружены весьма любопытные объекты. Например, в Большом Магеллановом облаке расположена звезда S Золотой Рыбы, обладающая наибольшей известной светимостью. Невооруженным глазом она не видна, потому что имеет 8-ю звездную величину, но ее абсолютная светимость превосходит солнечную в 600 тыс. раз!
Однако Млечный Путь и Магеллановы облака — это еще далеко не все. В 2,5 млн световых лет от Млечного Пути лежит спиральная галактика Андромеды, значительно превосходящая нашу по массе и количеству звезд. Она видна невооруженным глазом как слабая звездочка 5-й величины и значится в каталоге Мессье под номером 31, поэтому получила название М31 (а Шарль Мессье — это знаменитый французский астроном, одним из первых начавший составлять каталог туманностей и звездных скоплений).
Галактика Андромеды, Млечный Путь, Магеллановы облака, спираль в Треугольнике (М33) и множество галактик поменьше (общим числом около 40) входят в состав так называемой Местной группы с диаметром свыше 3 млн световых лет. В пределах более чем 30 млн световых лет разбросано больше десятка аналогичных групп. А в 50 млн световых лет лежит крупное скопление в созвездии Девы, насчитывающее несколько тысяч галактик. Таким образом, наша Местная группа принадлежит к еще более масштабной структуре, которую принято называть локальным сверхскоплением галактик. Его диаметр составляет 100, а толщина — более 30 млн световых лет. Центром этого исполинского галактического облака является то самое скопление в Деве.
Галактика Млечный Путь ютится на самом краю локального сверхскопления. А еще дальше, на расстоянии в несколько сотен миллионов световых лет, находится гораздо более крупное скопление в созвездии Волосы Вероники, в состав которого входит больше 10 тысяч галактик. По-видимому, оно представляет собой часть еще одного гигантского галактического сверхскопления, которых в последнее время открыто несколько десятков. Эти величественные объекты венчают иерархию структур наблюдаемой части Вселенной, которую иначе называют Метагалактикой.
Видимая часть Вселенной насчитывает более 100 млрд галактик. Мы на Земле невооруженным глазом видим только четыре из них: Млечный Путь, Туманность Андромеды, Большое и Малое Магеллановы Облака.
Звезды
Светят и греют
Мы выходим ночью из дому и поднимаем взгляд вверх. Что мы видим? Да, конечно, звезды, небо, полное звезд, небо, светлое от звезд. Мир звезд поражает своим разнообразием. Среди них есть звезды-гиганты и звезды-карлики, звезды, любящие общество, и звезды, предпочитающие уединение. Многие звезды образуют так называемые кратные системы из двух или трех звезд, которые обращаются вокруг общего центра тяжести на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга. Есть звезды, которые светят в инфракрасном диапазоне и нам не видны. Есть другие, которые сияют в десятки и сотни тысяч раз ярче нашего Солнца. И только по одному параметру — по массе — они не очень сильно различаются между собой: от 0,1 до 100 солнечных масс.
Звезды как люди — они рождаются, взрослеют, старятся и умирают. Но если одни уходят тихо и незаметно, то финал других сопровождается грандиозными космическими катаклизмами. Такие объекты видны на расстоянии во многие миллионы световых лет, а их яркость превосходит человеческое воображение: она превышает силу света сотен миллиардов звезд целой галактики.
Каждой звезде отмерен свой срок. Одни сгорают в считаные миллионы лет — когда по Земле разгуливали динозавры, некоторых таких звезд еще не было на свете. Другие будут жить долго: время жизни звезд, чуть менее массивных, чем Солнце, может достигать 25 млрд лет (вспомним, что со времени Большого взрыва прошло около 14 млрд лет). Солнце зажглось примерно 5 млрд лет назад.
Солнце облетает Галактику за 220 млн лет и уже успело пройти эту траекторию 20 раз.
Итак, мы смотрим в ночное небо. Первое, что бросается в глаза, это отчетливые различия между звездами в блеске и цвете. Для того чтобы зафиксировать это различие, существует термин «звездная величина». По сути дела, абсолютная звездная величина — то же самое, что и светимость звезды (ее обычно выражают в единицах светимости Солнца и обозначают буквой L), то есть полное количество энергии, излучаемое звездой в единицу времени. Мы уже говорили о фантастической светимости Золотой Рыбы в Большом Магеллановом облаке, превосходящей светимость Солнца в 600 тыс. раз. Среди других ярких звезд нашего неба можно упомянуть Антарес (альфа Скорпиона), Бетельгейзе (альфа Ориона) и Ригель (бета Ориона), светимости которых превышают солнечную в 4 тыс., 8 тыс. и 45 тыс. раз соответственно. С другой стороны, светимость карликовых звезд может, в свою очередь, уступать светимости Солнца в тысячи и десятки тысяч раз.
Увидеть разницу в цвете невооруженным глазом удается только у очень ярких звезд. А вот небольшой любительский телескоп или даже приличный полевой бинокль заметно улучшат качество картинки. Скажем, Антарес и Бетельгейзе оказываются красными, Капелла — желтой, Сириус — белым, а Вега — голубовато-белой.
Цвет звезды, а следовательно, и ее спектр определяются температурой ее поверхностных слоев. При температуре 3000–4000 К звезда будет красной, при 6000–7000 К приобретет отчетливый желтоватый оттенок, а горячие звезды с температурой 10 000—12 000 К сияют белым или голубоватым светом.
Принято выделять семь основных спектральных классов, которые обозначают латинскими буквами О, В, A, F, G, К и М. Каждый спектральный класс разбит на 10 подклассов (от 0 до 9, с ростом в сторону уменьшения температуры). Таким образом, звезда со спектром В9 будет ближе по спектральным характеристикам к спектру А2, чем, например, к спектру В1. Звезды классов О — В — голубые (температура поверхности — примерно 100 000—80 000 К), A — F — белые (11 000—7 500 К), G — желтые (примерно 6000 К), К — оранжевые (около 5000 К), М — красные (2000–3000 К).
Наше Солнце относится к спектральному классу G2 (температура его поверхностных слоев — около 6000 К). Таким образом получается, что наше великолепное Солнце по астрономической классификации — всего лишь карлик, желтый карлик! Правда, диаметр Солнца составляет около 1,4 млн км — размеры для «карлика», скажем откровенно, немалые.
Некоторые звезды могут периодически менять свой блеск. Например, цефеиды представляют собой желтые сверхгиганты с температурой поверхности примерно такой же, как у Солнца. Но светят они гораздо ярче, потому что мощность их излучения превосходит солнечную в десятки тысяч раз. Периодическое изменение блеска цефеид связано со сложными физико-химическими процессами в их недрах, поэтому их принято называть истинными, или физическими, переменными. Звезда Мира из созвездия Кита тоже относится к числу истинных переменных, хотя период изменения блеска у нее гораздо больше и составляет примерно 11 мес. (у цефеид — от суток до месяца).
